JPS6280248A - アモルフアス合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、たとえば変圧器等で用いられている結晶型電
気鋼の少なくとも一部分を置換する目的で使用されるア
モルファス合金類の製造方法（直接に製蓬するかまたは
最終的なアモルファス合金の製造に使用するマスター合
金を製造する方法）に関する。特に、本発明は、高価な
フェロボロンを使用せずに上記の如きアモルファス合金
類を製造する方法に関する。

［従来の技術］ 一般に約０．５％の炭素を含有する鉄３零・硼素５％・
珪素のアモルファス合金は、モータや変圧器中などで磁
性材料として使用できるものと考えられている。しかし
ながら、主として硼素の価格のために、上記の合金は比
較的高価である。硼素分は一般にフェロボロンの形で添
加されるが、フェロボロンはＢ、０．と、鋼スクラツプ
もしくは酸化鉄（ミルスケール）または鋼スクラツプと
酸化鉄との両方との混合物の炭素還元によって製造され
る。この工程は吸熱度が高く、サブマージド電極アーク
炉中で行われる。還元に必要な温度は約１６００℃乃至
１８００℃であり、このように高い反応温度下における
Ｂ２Ｏ３の蒸気圧が高いために、硼素の回収率は低い（
一般には約４０％に過ぎず、従って最終必要量の約２．
５倍の硼素を添加しなければならない）。更に、工程中
では多量の一酸化炭素が発生し、大規模な汚染制御が必
要になる。硼素の回収率が低く、 大規模な汚染制御設備を使用する結果、Ｂ２０３（無水
硼酸）のフェロボロンへの変換はコスト高になる（含有
される硼素１ボンド当たりに換算すると、フェロボロン
は一般的に硼酸の５倍以上の価格になる）。

発熱反応であるアルミノテルミット法 （ａｌｕｍｉｎｏｔｅｒＩＩｌｉｃ　ｐｒｏｃｅｓｓ）
によって硼酸を還元することもできるけれども、この方
法によって製造されるフェロボロンは約５零のアルミニ
ウム（本明細書中で使用する百分率は重量百分率である
）を含有し、磁性材料としての用途には適さない。

［発明が解決しようとする問題点及び問題点解決のため
の手段］ 従って、本発明は最大限１．０零の炭素を含有する鉄３
％と硼素５零と珪素とから成るアモルファス合金を製造
する方法であって、実質的に化学量論量の鉄を含有する
鉄成分と、合金重量の少なくとも１１％の珪素を含有す
る珪素成分と、炭素成分と、化学両論量の１倍乃至１．
７５倍の硼素を含有する硼酸とを必須成分として含有す
る混合物を調製し、混合物を１５７５℃未満の温度に加
熱して二酸化珪素含有スラグによって覆われた鉄３零・
硼素５零・珪素の溶融物を得、鉄３％・硼素５零・珪素
の溶融物を固化して合金を製造する方法を提供せんとす
るものである。

［作用］ 本発明方法は、実質的にアルミニウムを含有しない鉄−
硼素−珪素合金を提供する。

（本明細書中で使用する「鉄−硼素−珪素合金」という
用語は、最大１．０零の炭素を含有する鉄３訃硼素５零
・珪素合金を意味する。）無水硼酸（Ｂ２０３）は主と
して珪素によって還元される。鉄成分は、好ましくは、
鉄、酸化鉄、フェロシリコンの少なくとも１種である。

珪素成分は、好ましくは、珪素もしくはフェロシリコン
またはこれらの両方である。炭素成分は、炭素もしくは
鉄（たとえば炭化鉄）中に含まれる炭素または炭素と鉄
中の炭素とから成るのが好ましい。珪素（及び幾分かの
炭素）は他の成分中の酸素と反応すると同時に大気中の
酸素と反応する可能性もあるので、珪素（及び場合によ
って炭素）は合金の化学量論比よりも過剰に加える。好
ましくは、１５００℃未満の溶融プールに８２０３を添
加する。好ましくは、プールを溶融状態に保つ最低温度
（プール温度は約１１００℃にまで下げることができ、
最終組成に近づくと１１００℃でも溶融状態に保たれる
）付近に保持された他の各成分の溶融プールに最後に硼
酸を添加する。最初に鉄を融解させ、次いで溶融した鉄
に他の成分を添加し、温度を１５００℃未満に制御した
後に硼酸を最後に加える。溶融状態の合金の上部からス
ラグを除去し、鉄−硼素−珪素合金を溶融状態でそのま
ま使用することもでき、固化後に最終的にアモルファス
磁性合金を製造することもできる。好ましい成分は、鉄
と、鉄中に含まれる炭素と、珪素と、硼酸とである。

［実施例］ 主として珪素（炭素ではなく）によって低温度でＢ２０
．の還元を行いかつ実質的に最終製品合金中の濃度で硼
素成分を混合し直接還元するので、高価なフェロボロン
を使用せずに８２０、の蒸発による硼素の損失を最少限
に抑えることができる。

本発明においては、Ｂ２Ｏ５（乾燥粉末の形の硼酸、好
ましくは工業用無水物）を溶融した鉄（一般に１４００
乃至１５００ｔの温度）のプール中で珪素によって還元
して、所望する鉄−硼素−珪素（及び炭素）合金成分を
製造することができる。以下の反応による珪素と硼酸と
の反応は発熱反応であり、外部加熱をほとんど必要とし
ないか成るいは全く必要としない。

２Ｂ、０．＋　　３５ｉ　　−ｍ　　４Ｂ　　＋　　３
ＳｉＯ２二酸化珪素は表面上でスラグを形成するので、
容易に除去できる。電気炉中で反応を行い、必要ならば
熱を加えてスラグと金属との分離を良好にすることもで
きる。

このような方策を採れば、硼素の必要量を最少にし、高
価なフェロボロンは使用せずに済む。

珪素は、フェロボロンもしくは金属珪素またはこれらの
混合物の形で添加することができる。鉄は、鉄（たとえ
ば鋳鉄を含む）、酸化鉄、フェロシリコンまたはこれら
の混合物の形で添加することができる。浴の還元性が高
いので、鉄分の幾分かを添加するために、安価な酸化鉄
を使用することができる。炭素は、炭素、鉄（たとえば
鋳鉄）中の炭素、またはこれらの混合物の形で添加する
ことができる。各成分を添加し最終合金成分を変更する
ことのない他の化合物類を使用することもできるけれど
も、上記の成分の使用が最も実用的であると考えられる
。

硼素の還元は主として珪素によって行われる（好ましい
温度である１５００を未満の温度においてはＢ２Ｏ３＋
　３Ｃ→２Ｂ◆３ＣＯの反応の進行は熱力学的に有Ｈに
は進行しなので、前記の温度範囲では特に珪素による還
元が主となる）ので、過剰の炭素は混合物中の他の酸素
とも反応できることになる。従フて、混合物中の珪素と
炭素の合計量は、一般に、混合物中の酸素と反応して一
酸化炭素及び炭酸ガス並びに二酸化珪素を形成するため
に使用される量より５万至情多くする。混合物中の珪素
の量は、最終製品合金重量の少なくとも約１１零にする
（最終製品合金中に最終的には５零、スラグ中の酸化珪
素中に最終的に少なくとも情含有される）。

化学量論量の鉄及び化学量論量の硼素（最大７５ｔ１好
ましくはＳＯＷ末溝、製造時配合では過剰の硼素を必要
とする場合もあり、実験の配合では比率的により多量の
量が必要とされる場合もある）を使用し、−酸化炭素及
び炭酸ガス並びに二酸化珪素を形成させる量の炭素及び
珪素を追加して、混合物中の鉄と混合し、最終製品合金
中の珪素及び炭素を供給する前に混合物の組成を計算し
ておくわけであるが、勿論、最終溶融物を分析しこれに
添加物を加えて必要な化学組成を持つよう調整すること
もできる。Ｂ２Ｏ３の蒸発による硼素の損失及び生成す
る一酸化炭素と炭酸ガスの比は炉中の配合及び使用した
正確な手順によって変動するから、化学組成の調整を行
うと有利である。

本発明に従って行った実験では、溶融した合金を急冷し
インゴットにすることによフて、均質な合金が得られた
。この鋳造合金中の硼素の性買を最終的に測定するため
に、ＥＳＣＡ法（化学分析のための電子スペクトル分析
）によって分析を行った。この分析により、硼素はＢ２
Ｏ３の形ではなく元素状硼素として合金中に存在するこ
とが確かめられた。

湿式化学分析によって測定した幾つかの鋳造インゴット
の化学組成を下表■に示す、実験結果の示すところによ
れば、実験の配合の場合には、蒸発もしくはシリカスラ
グへの移行またはこれらの両方の原因により、幾分かの
硼素が溶融中に行われる。この損失を補償するために、
原料充填物の一つ（インゴット＃１０）では化学量論量
よりも硼素の量を多くしたが、所望組成に極めてつよく
近似した組成の合金が得られた。この試料では化学量論
量の約１．７５倍として、所望の３駕硼素のものが得ら
れた。製品量が多くなるに従って、硼素所速固化を行わ
せることができた。

要量は少なくなる。アモルファス合金溶融物材料の製造
に際して、上記のように化学量論量より多量の酸化硼素
を使用してもフェロボロンを使用する場合よりも安価に
なる。炉は、Ｂ２０．の蒸発を最小限に抑えるよう設計
・運転する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、最大限１．０％の炭素を含有する鉄３％と硼素５％
   と珪素とから成るアモルファス合金を製造する方法であ
   って、実質的に化学量論量の鉄を含有する鉄成分と、合
   金重量の少なくとも１１％の珪素を含有する珪素成分と
   、炭素成分と、化学両論量の１倍乃至１．７５倍の硼素
   を含有する硼酸とを必須成分として含有する混合物を調
   製し、混合物を１５７５℃未満の温度に加熱して二酸化
   珪素含有スラグによって覆われた鉄３％・硼素５％・珪
   素の溶融物を得、鉄３％・硼素５％・珪素の溶融物を固
   化して合金を製造する方法。 ２、鉄製分が鉄と酸化物とフェロシリコンの少なくとも
   １種であり、珪素成分が珪素もしくはフェロシリコンま
   たはこれらの混合物であり炭素成分が炭素もしくは鉄中
   に含まれている炭素またはこれらの両者から成ることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、混合物成分が鉄と、鉄中に含有される炭素と、珪素
   と、硼酸とであることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項に記載の方法。 ４、混合物中の珪素と炭素との合計量が、混合物中の酸
   素と反応して一酸化炭素と炭酸ガス及び二酸化珪素を形
   成する化学量論量より５乃至６％過剰であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項、第２項または第３項に記
   載の方法。 ５、加熱された混合物を監視し、少なくとも１種の成分
   を添加することにより、必要に応じて化学組成を調整す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項の
   何れかに記載の方法。 ６、鉄と珪素と炭素とを含む溶融プールを形成させ、温
   度を１５００℃未満に制御しつつ溶融状態に保持し、溶
   融プールに硼酸を添加することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第５項の何れかに記載の方法。